ES2466590A1 - Pila de combustible - Google Patents

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Abstract

Pila de combustible que comprende un electrodo catódico (2), que comprende a su vez una capa de catalizador (4), un colector de corriente (6), una capa difusora de gas (5) intercalada entre la capa de catalizador y el colector de corriente, y una placa (7) dispuesta en contacto con el colector de corriente (6) y dotada de orificios pasantes, un electrodo anódico (3), que comprende una capa de catalizador (8), un colector de corriente, una capa difusora de gas (9), intercalada entre la capa de catalizador y el colector de corriente, y una placa distribuidora de gas dispuesta en contacto o integrada con el colector de corriente, y un electrolito de membrana polimérica (1) intercalado entre la capa de catalizador del cátodo (4) y la capa de catalizador del ánodo (8). La placa distribuidora de gas permite la evacuación del agua del ánodo de forma pasiva a través de orificios pasantes (15) sellados al paso de gas por medio de una película hidrófila (11).

Description

Pila de combustible.
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se encuadra en el campo de las pilas de combustible, y en particular se refiere a una pila de combustible de membrana polimérica.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Las pilas de combustible son dispositivos capaces de convertir directamente la energía de un combustible (hidrógeno, metanol, gas natural...) en electricidad y calor. Son los dispositivos más eficientes que se conoce para esta conversión, por lo que su utilización en aplicaciones eléctricas es del mayor interés, incluyendo sistemas estacionarios, automóviles eléctricos o aplicaciones portátiles. En este último tipo de aplicaciones, las pilas de combustible pueden dar lugar a mejoras en las prestaciones, principalmente en lo referente a un incremento de la autonomía en dispositivos electrónicos, tales como teléfonos móviles, ordenadores y similares, así como en aplicaciones médicas portátiles y/o implantables, como ayudas auditivas cocleares, bombas de insulina, marcapasos y desfibriladores.
Para las aplicaciones portátiles (teléfonos, aplicaciones médicas, ordenadores...) pueden proponerse diferentes tipos de pila de combustible. Las más estudiadas hasta ahora son las pilas que funcionan con combustibles líquidos, como las de metanol, etanol y ácido fórmico. La ventaja principal de este tipo de pilas de combustible es que el combustible líquido da lugar a una alta densidad de energía fácil de almacenar. Por otro lado, dichas pilas de combustible sufren una considerable reducción del rendimiento en la conversión a electricidad, debido a la dificultad de la reacción anódica (oxidación del combustible) que transcurre con importantes pérdidas por activación. Además, la toxicidad del combustible también puede ser una desventaja, ya que requiere de medidas adicionales para ajustarse a las normativas de seguridad locales.
Otro tipo de pila de combustible que puede considerarse para aplicaciones portátiles es la pila de hidrógeno gaseoso. La utilización del hidrógeno como combustible tiene ventajas tales como una fácil reacción anódica, que transcurre con mínima pérdida de potencial, una combustión completamente limpia, ya que sólo produce agua, y además el hidrógeno no es un combustible tóxico. Todo ello, unido a que existen medios cada vez más capaces para el almacenamiento de hidrógeno, principalmente en forma de hidruros metálicos o compuestos químicos, hace que la pila de hidrógeno sea cada vez más interesante para alimentar dispositivos de pequeño tamaño.
Para la aplicación de las pilas de combustible en dispositivos portátiles es necesario minimizar el peso y volumen del sistema y mantener máxima autonomía y prestaciones. Ello puede conseguirse mediante un diseño adecuado de los electrodos catódico y anódico.
En el cátodo de una pila de combustible para aplicación portátil es conveniente la utilización del aire ambiente por convección natural (“air breathing”), prescindiendo con ello de elementos auxiliares de ventilación que aumentan las dimensiones del sistema y suponen un consumo energético adicional. El aire entra en este tipo de cátodo impulsado sólo por fuerzas naturales pasivas (convección, difusión) para la reacción electroquímica de reducción de oxígeno. Este tipo de funcionamiento pasivo conlleva dificultades añadidas, como son el aumento de pérdidas óhmicas, por activación, y por transporte del agua producida, que en las pilas convencionales se solventan con sistemas auxiliares para ventilación forzada. Es por ello que el cátodo de una pila pasiva debe tener un diseño que permita el acceso óptimo del aire y la evacuación del agua producida por la reacción de reducción de oxígeno, manteniendo, al mismo tiempo, un buen contacto eléctrico para la extracción óptima de la corriente.
Una reducción adicional en peso y complejidad de la pila de combustible portátil puede lograrse con un diseño del ánodo adecuado. El ánodo debe funcionar en modo cerrado (“dead end”) para evitar emisiones de hidrógeno y maximizar con ello la utilización del combustible. En este modo, la acumulación de agua en el ánodo, proveniente del cátodo por difusión a través de la membrana del electrolito, hace que se requieran habitualmente elementos de apoyo, como válvulas electrónicas para purga periódica, con la consiguiente penalización en consumo y dimensiones del sistema.
Hasta el momento, los estudios dedicados a analizar la configuración del cátodo en pilas poliméricas pasivas operando con hidrógeno en ánodo cerrado son muy escasos, debido a la dificultad que entraña su operación estable en continuo.
En el documento WO2007117212 A2 se describe un dispositivo plano pasivo conformado por varias celdas. Sin embargo no se resuelven las dificultades asociadas a la gestión del agua durante su operación en continuo con demanda de corriente elevada.
En el documento EP2030278 A2 se emplea una bomba electroosmótica como sistema de evacuación del agua del ánodo. Esto confiere a la celda un sistema adicional, con el consiguiente aumento de complejidad y de consumos parásitos.
De modo similar, en el documento US 7799453 B2 se describe para una pila de combustible de metanol la integración en su estructura de una o más bombas electroosmóticas para solventar los problemas de encharcamiento de los electrodos.
En el documento WO 2009010853 A2 se describe una pila de combustible de prestaciones mejoradas operando con hidrógeno en modo de ánodo cerrado. En ella se describe una realización con una disposición de elementos hidrófilos e hidrófobos que permite redistribuir el agua en el ánodo de modo que no dificulte el acceso del combustible a los electrodos aunque no la elimina del compartimento anódico.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención resuelve los problemas mencionados mediante una pila de combustible según la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se definen realizaciones preferidas. Ventajas adicionales de la invención serán evidentes a partir de la descripción que sigue.
La pila de combustible de la invención comprende: un electrolito de membrana polimérica conductora de protones e impermeable al paso de gases; un electrodo catódico, que presenta una estructura en capas y comprende
una capa de catalizador catódica,
un colector de corriente catódico,
una capa difusora de gas catódica, estando la capa difusora de gas catódica intercalada entre la capa de
catalizador catódica y el colector de corriente catódico, y
una placa de cátodo dispuesta en contacto con el colector de corriente catódico; y un electrodo anódico, que presenta una estructura en capas y comprende
una capa de catalizador anódica,
un colector de corriente anódico,
una capa difusora de gas anódica, estando la capa difusora de gas anódica intercalada entre la capa de
catalizador anódica y el colector de corriente anódico, y
una placa distribuidora de gas dispuesta o bien en contacto o bien integrada con el colector de corriente anódico; estando el electrolito de membrana intercalado entre la capa de catalizador catódica y la capa de catalizador anódica, comprendiendo el colector de corriente catódico una rejilla metálica conductora, comprendiendo la placa de cátodo una pluralidad de orificios pasantes de ventilación, comprendiendo la placa distribuidora de gas en su cara orientada hacia el electrolito, al menos un canal de circulación para la circulación y distribución de hidrógeno y agua, una pluralidad de orificios pasantes de evacuación realizados sobre el al menos un canal de circulación, y en la cara opuesta una película de material hidrófilo impermeable a gases que ocluye los orificios pasantes de evacuación.
Ventajosamente, la presente invención presenta una pila de combustible en monocelda para aplicaciones portátiles que funciona con hidrógeno como combustible a temperatura ambiente, de forma completamente pasiva, y no requiere la utilización de automatismos de evacuación de agua o de ventilación para su correcto funcionamiento, lo que mejora el rendimiento del sistema generador de electricidad. La alimentación de hidrógeno al ánodo puede realizarse mediante una entrada que conecta el al menos un canal de circulación con el exterior de la pila, permitiendo la conexión con un sistema de suministro de hidrógeno.
En la pila de combustible según la invención, la reacción catódica utiliza oxígeno presente en el aire ambiente mediante convección natural ('air breathing'). Al actuar por convección natural, la pila de la invención no requiere del uso de válvulas de alimentación al cátodo, lo que resulta en un ahorro económico, al prescindirse de las propias válvulas y de los mecanismos de accionamiento de éstas. A pesar de que la ausencia de alimentación activa de aire resulta en una menor eficiencia de la pila, la eficiencia por unidad de volumen es mayor que la asociada a una pila alimentada activamente con aire, debido a los dispositivos auxiliares que no es necesario incluir en la pila alimentada pasivamente. Además, las características del cátodo de la pila según la invención, favorecen la introducción y difusión de aire a través del cátodo así como la evacuación del agua producida.
Además, gracias a las características de la placa distribuidora de gas, la pila de combustible de la invención facilita la eliminación de agua en el ánodo hacia el exterior de la pila sin necesidad de implementar un sistema automático de purga periódica que suponga un consumo energético extra. Gracias a ello, la pila de combustible es más eficiente, simple y tiene mayores posibilidades de miniaturización.
En una realización, la pila de combustible incluye una salida de purga para la eliminación de aire del circuito previamente a la carga de hidrógeno, mediante una válvula que puede ser de accionamiento manual o electrónico.
En una realización, el al menos un canal de la placa distribuidora es un canal doble serpenteado.
En una realización, la rejilla metálica del colector de corriente catódico presenta un entramado de hilos sencillo en el intervalo entre 5 y 20 hilos por cm tanto en trama como en urdimbre. Ventajosamente, se consigue con ello una colección de corriente con mínima resistencia, junto con óptimo transporte de agua y aire a través del electrodo.
En una realización, la rejilla metálica del colector de corriente catódico presenta un diámetro de hilo comprendido en el intervalo de 0,001 a 0,05 cm.
En una realización, la rejilla metálica del colector de corriente catódico presenta un recubrimiento eléctricamente conductor e hidrófobo, preferentemente por ambas caras. Con ello se mejora el transporte de agua a través del electrodo catódico. En una realización preferida, el recubrimiento eléctricamente conductor e hidrófobo de la rejilla metálica del colector de corriente catódico es una película de oro y/o de negro de carbón o una mezcla de negro de carbón y teflón. En una realización preferida, el recubrimiento conductor e hidrófobo de la rejilla metálica del colector de corriente catódico está depositado por electropulverización, lo que le confiere muy alta hidrofobicidad.
En una realización, el colector de corriente catódico presenta una segunda rejilla en contacto con la primera y dispuesta entre la primera rejilla del colector de corriente catódico y la placa de cátodo, para incrementar el distanciamiento entre ambos, lo que mejora adicionalmente el transporte de agua y oxígeno en el cátodo.
En una realización, los orificios de ventilación de la placa de cátodo tienen forma circular. La forma circular de los orificios de ventilación es sencilla y conveniente, ya que proporciona una alta abertura para la ventilación, manteniendo la rigidez flexional de la placa.
En una realización, los orificios de ventilación de la placa de cátodo están dispuestos según una distribución o bien cuadrada o bien hexagonal.
En una realización, los orificios de ventilación de la placa de cátodo proporcionan una apertura del 15 al 50% del área activa de la pila, es decir, la proporción del área de la placa de cátodo abierta al exterior es de entre el 15 y el 50% del área activa de la pila, correspondiendo el porcentaje restante (entre el 85 y el 50%) al material de la placa de cátodo que conforma la estructura perforada que le da rigidez.
El área activa de la pila es el área de la capa de catalizador de los electrodos catódico y anódico, cuando dicho área es la misma para el cátodo y el ánodo. En el caso en que las capas de catalizador de los electrodos catódico y anódico no tienen el mismo área, el área activa de la pila es el área solapada por las capas de catalizador catódica y anódica.
En una realización, los orificios de ventilación de la placa de cátodo tienen un diámetro comprendido en el intervalo de 1 a 5 mm.
En una realización, la placa de cátodo tiene un grosor mínimo adaptado a su geometría y composición, que la dotan de rigidez flexional suficiente para transmitir homogéneamente la presión de contacto en todo el área activa de la pila.
En una realización, el colector de corriente anódico y la placa distribuidora de gas están integrados como un mismo elemento, ya sea porque la placa distribuidora de gas es eléctricamente conductora y funciona ella misma como colector de corriente anódico o porque la placa distribuidora de gas presenta, al menos en su cara interna, un recubrimiento eléctricamente conductor, actuando dicho recubrimiento como colector de corriente anódico.
A lo largo del presente documento se entenderá que en la estructura en capas de la pila de la invención la cara interna de un elemento es la cara de dicho elemento orientada hacia el electrolito, es decir, la cara del elemento más próxima al electrolito. Del mismo modo, se entenderá que la cara externa de un elemento es la cara más alejada respecto al electrolito, es decir, la cara que no está orientada hacia el electrolito.
En una realización, el colector de corriente anódico y la placa distribuidora de gas están proporcionados como dos elementos distintos dispuestos en contacto. En este caso, la placa distribuidora de gas puede estar realizada de un material que no sea conductor eléctrico, por ejemplo de un polímero.
En una realización preferida, el colector de corriente anódico comprende una rejilla metálica. Esta realización es compatible con el caso en que la placa distribuidora es eléctricamente conductora o presenta una superficie eléctricamente conductora, ya que la incorporación de la rejilla como colector de corriente anódico adicional reduce la resistencia de contacto de la placa distribuidora con la capa difusora, y es compatible también con el caso en que la placa distribuidora no es eléctricamente conductora, actuando entonces la rejilla como el único colector de corriente anódico. En una realización preferida, la rejilla metálica del colector de corriente anódico presenta un entramado de hilos sencillo en el intervalo de 5 a 20 hilos por cm tanto en trama como en urdimbre.
En una realización en que el colector de corriente anódico comprende una rejilla, dicha rejilla es una microrejilla de metal expandido con un grosor de entre 25 y 125 µm. El reducido espesor de estas rejillas evita la deformación del electrodo anódico durante el apriete de la celda.
En una realización, el colector de corriente anódico presenta un recubrimiento conductor e hidrófobo. Esta realización es compatible con el caso en que el colector de corriente anódico es la propia placa distribuidora de gas
o una capa conductora depositada en la placa distribuidora de gas y cuando el colector de corriente es un elemento independiente de la placa distribuidora de gas, tal como una rejilla. Preferentemente el recubrimiento del colector de corriente anódico es una película de oro y/o de negro de carbón o una mezcla de negro de carbón y teflón. En una realización preferida, el recubrimiento conductor e hidrófobo del colector de corriente anódico está depositado por electropulverización, lo que le confiere muy alta hidrofobicidad.
En una realización, la placa anódica tiene una rigidez flexional suficiente para transmitir homogéneamente la presión de contacto en todo el área activa.
En una realización, la película de material hidrófilo impermeable a gases dispuesta sobre la cara externa de la placa distribuidora de gas es de un polímero del ácido perfluorosulfónico.
En una realización, la pila de combustible comprende una placa anódica de fijación adyacente a la cara externa de la placa distribuidora de gas, es decir, la cara no orientada hacia el electrolito, para el sellado de la película de material hidrófilo impermeable a gases sobre la superficie de la placa distribuidora de gas. Preferentemente, esta placa anódica de fijación presenta una pluralidad de ranuras pasantes para facilitar el secado de dicha película de material hidrófilo impermeable a gases. En una realización preferida, los orificios de evacuación están dispuestos en la placa distribuidora de gas formando filas y/o columnas y las ranuras pasantes de la placa anódica de fijación están dispuestas de manera que cada ranura queda superpuesta a una fila o columna de orificios de evacuación, permitiendo así una evacuación más rápida del agua.
En una realización, la placa distribuidora de gas presenta en su cara interna un recubrimiento hidrófobo. Adicional o alternativamente, en una realización la placa de cátodo presenta un recubrimiento hidrófobo, preferentemente en su cara interna. En una realización, el recubrimiento hidrófobo de la placa distribuidora de gas y/o de la placa de cátodo está depositado por electropulverización, lo que le confiere muy alta hidrofobicidad.
En una realización, la placa de cátodo está fabricada de acero, aluminio, alúmina, mullita, materiales basados en fibra de carbono o de un polímero.
En una realización, la placa distribuidora de gas tiene una rigidez flexional suficiente para transmitir homogéneamente la presión de contacto en toda el área activa.
En una realización, la capa de catalizador anódica y/o la capa de catalizador catódica están depositadas por electropulverización sobre el electrolito membrana.
Todas las características y/o las etapas de métodos descritas en esta memoria (incluyendo las reivindicaciones, descripción y dibujos) pueden combinarse en cualquier combinación, exceptuando las combinaciones de tales características mutuamente excluyentes.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Para una mejor comprensión de la invención, sus objetos y ventajas se adjuntan a la memoria las siguientes figuras en las que, de forma ilustrativa y no limitativa, se representa:
La figura 1 muestra una primera realización de la pila de combustible según la invención.
La figura 2 muestra una segunda realización de la pila de combustible según la invención.
La figura 3 muestra una vista de la cara interna de la placa distribuidora de gas.
La figura 4 muestra una vista en sección de una realización de los canales de distribución.
La figura 5 muestra una vista de las caras externas de la placa distribuidora de gas y de la placa anódica de fijación, representadas en explosión.
La figura 6 muestra una vista de la placa de cátodo.
La figura 7 muestra la morfología de una película de negro de carbón y teflón depositada (a) por electropulverización y (b) por aerografía.
La figura 8 muestra un esquema de los componentes de un sistema portátil de pila de combustible.
La figura 9 muestra las curvas típicas de polarización (V vs. j) y potencia (P vs. j) para una pila monocelda de 14 cm2 de área activa según la invención en funcionamiento pasivo, con alimentación de hidrógeno puro en ánodo (0,5 bar) y de aire ambiente (23 0C y 30% RH) en cátodo.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
En la figura 1 se muestra una primera realización de una pila de combustible según la invención, que comprende un electrodo anódico (3), un electrodo catódico (2) y un electrolito de membrana polimérica (1).
El electrodo anódico (3), también denominado ánodo, presenta una estructura en capas que incluye una placa distribuidora de gas (10), que funciona en esta realización también como colector de corriente, una capa difusora de gas (9) y una capa de catalizador (8). Sobre la placa distribuidora de gas y colectora de corriente (10), alrededor de la capa difusora de gas (9), está dispuesta una junta (18) que asegura la estanqueidad del ánodo frente a gas. La placa distribuidora de gas y colectora de corriente (10) está dotada en su cara interna de al menos un canal para la circulación de agua e hidrógeno y presenta una serie de perforaciones pasantes realizadas sobre el canal. En la cara opuesta de la placa distribuidora de gas y colectora de corriente (10) está dispuesta una película de permeación selectiva (11), de material hidrófilo impermeable al H2 gas, y una placa anódica de fijación (16), rígida para asegurar la fijación del electrodo anódico a los demás elementos de la pila de combustible y perforada con ranuras pasantes
(17) para permitir el secado al aire de la película de permeación selectiva (11).
La placa distribuidora de gas (10), la película de permeación selectiva (11) y la placa anódica de fijación (16) presentan dos perforaciones (13, 14) pasantes que configuran dos conductos para la conexión de una entrada de hidrógeno al ánodo desde el exterior de la pila y para la colocación de una válvula de purga del circuito, respectivamente. Estas dos perforaciones no están representadas en la figura 1, pero se aprecian en las figuras 3 y
5.
La placa distribuidora de gas y colectora de corriente (10) es suficientemente rígida, buena conductora de corriente y delgada para facilitar el transporte de agua y gas. Puede estar fabricada en distintos materiales, con un mínimo espesor que será dependiente de las propiedades elásticas del material. La placa distribuidora de gas tiene una rigidez flexional suficiente para transmitir homogéneamente la presión de contacto en todo el área activa. En una posible realización, la placa distribuidora y colectora está fabricada en acero (módulo de Young Y=210 GPa, módulo de elasticidad transversal G=81 GPa) con un espesor preferentemente en el intervalo de 1 a 3 mm. Otros materiales que también pueden emplearse son aluminio, alúmina, mullita, materiales basados en fibra de carbono, metacrilato, baquelita, PEEK, policarbonato y PTFE. Para cada material el espesor de la placa distribuidora y colectora (10) deberá ser suficiente para mantener la rigidez flexional adecuada.
Cuando la placa distribuidora de gas y colectora de corriente (10) está fabricada de un material susceptible de ser atacado por el medio ácido del ánodo, estará recubierta en su cara interna, es decir, la cara más próxima al electrolito de membrana (1), con un recubrimiento protector y conductor de suficiente espesor, como una película de oro o carbono de algunos micrones depositada por una técnica adecuada, como la pulverización catódica, electrodepósito, o la electropulverización.
En una realización, la placa distribuidora de gas y colectora de corriente (10) está fabricada de un material que no es conductor eléctrico, pero presenta al menos en su cara interna un recubrimiento de un material conductor eléctrico que permite a la placa distribuidora actuar también como colector de corriente.
Como se ha mencionado previamente, sobre la cara interna de la placa distribuidora de gas y colectora de corriente
(10) están provistos canales (12) para favorecer la circulación y distribución de hidrógeno y agua en el ánodo. En una realización preferida, estos canales (12) tienen 1 mm de grosor (w) y 1 mm de profundidad (d). Una forma idónea para favorecer la conducción de gas y agua entre la entrada y la salida de hidrógeno es la de doble canal serpenteado representada de forma esquemática en las figuras 3 y 4. Asimismo, está previsto un conducto de entrada (13) para la entrada de hidrógeno a los canales (12) y un conducto de salida (14) para la purga. Ambos conductos (13, 14) pueden conectarse con el exterior de la pila de combustible por racores adecuados, por ejemplo de 1 a 8 mm de sección.
A pesar de que en la realización de las figuras 3 y 5 la entrada de hidrógeno al ánodo está prevista mediante un conducto (13) configurado por orificios pasantes coincidentes realizados en la placa distribuidora (10), en la película de permeación selectiva (11) y en la placa anódica de fijación (16), la entrada de hidrógeno al canal de circulación puede proporcionarse de otras maneras. Por ejemplo, el canal de circulación puede estar configurado con una entrada dirigida hacia el canto de la pila que permita el acceso desde el exterior de la pila para la introducción de hidrógeno al canal de circulación.
La placa distribuidora y colectora de corriente (10) presenta además una pluralidad de orificios pasantes de evacuación (15), preferentemente circulares, realizados sobre los canales (12) de circulación de hidrógeno y agua. Estos orificios de evacuación (15), en combinación con la película de permeación selectiva (11) dispuesta sobre la cara externa de la placa distribuidora de gas y colectora de corriente (10) permiten la permeación de agua desde el electrodo anódico (3) hacia el exterior de la pila de combustible, sin fuga alguna de hidrógeno. En una realización preferida los orificios de evacuación (15) tienen un diámetro de 1 mm y están espaciados entre 2 y 5 mm.
La película de permeación selectiva (11), dispuesta en la cara externa de la placa distribuidora de gas y colectora de corriente (10) del ánodo, es decir, la cara no orientada hacia el electrolito (1), es una película densa de material hidrófilo impermeable a gases, tal como películas de polímero de ácido perfluorosulfónico u otro compuesto de similares características. En la realización de la figura 1 la película de permeación selectiva (11) está fijada mediante una placa anódica de fijación (16). En la figura 5 se muestra esquemáticamente la cara externa de una realización de la placa distribuidora de gas y colectora de corriente (10), la película de permeación selectiva (11) y la placa anódica de fijación (16).
La junta (18) está realizada de un material químicamente estable en el ambiente ácido de la pila y que asegure estanqueidad, tal como silicona, teflón o poliimida. La junta (18) tiene un espesor aproximadamente igual a la suma de los espesores de la capa difusora de gas anódica (9) y la capa de catalizador anódica (8), preferentemente de 50 a 300 µm. En la realización ejemplificada, el tamaño y la forma de la junta (18) son iguales a los del colector de corriente anódico, salvo por una ventana central en la junta igual en forma y tamaño al área activa de la pila, y una porción del colector de corriente anódico que sobresale para facilitar el contacto de la pila con el exterior.
En una realización preferida la capa difusora de gas anódica (9) es un tejido de fibras de carbono hidrofobizado y recubierto de una capa microporosa de negro de carbón y teflón. En la realización ejemplificada el tamaño y forma de la capa difusora de gas anódica (9) son iguales a los de la capa de catalizador anódica (8).
La capa de catalizador anódica (8) en una realización preferida es una película de nanopartículas de platino soportadas sobre partículas de negro de carbón (Pt/C) junto con un ionómero del ácido perfluorosulfónico. Esta película puede depositarse, por ejemplo, por electropulverización sobre el electrolito de membrana o sobre la capa difusora de gas anódica (9). Preferentemente, el contenido de platino en la capa de catalizador anódica es de entre 0,05 y 0,5 mg/cm2. Preferentemente, el ionómero está en una proporción de entre 10 y 30% en peso de la capa de catalizador anódica. El área geométrica de la capa de catalizador anódica (8) es igual al área activa de la pila.
El electrodo catódico, también denominado cátodo, presenta una estructura en capas que incluye una placa de cátodo (7), un colector de corriente (6), una capa difusora de gas (5) y una capa de catalizador (4).
La placa de cátodo (7), representada en la figura 6, es una placa de un material suficientemente rígido, tal como acero, aluminio, alúmina, mullita, materiales basados en fibra de carbono o diferentes polímeros (metacrilato (G=1,7 GPa), baquelita (G=10 GPa), PEEK (G=3,7 GPa), PC (G=1,5 GPa), PTFE (G=0,3 GPa)). Al igual que en el caso de la placa distribuidora de gas y colectora de corriente (10) del ánodo, el espesor de la placa de cátodo (7) debe ser suficiente para mantener la presión de apriete sobre el resto de capas de la monocelda, por lo que también se tomará en función de las propiedades elásticas (módulo de Young, módulo de elasticidad transversal) del material seleccionado. La placa de cátodo (7) tiene una rigidez flexional suficiente para transmitir homogéneamente la presión de contacto en todo el área activa. Es conveniente por otro lado que el peso específico del material de la placa de cátodo (7) sea bajo, al igual que para el material de la placa distribuidora de gas (10), con objeto de disminuir el peso total de la pila. Es por ello que el material elegido para ambas placas dependerá también de las dimensiones de la pila y de los requerimientos de la aplicación portátil.
Con objeto de que la evacuación de agua sea lo más efectiva posible son preferidos para la placa de cátodo (7) los materiales con muy alta rigidez, tal como el acero, para que la placa pueda ser suficientemente delgada, preferentemente entre 1 y 3 mm de espesor. La placa de cátodo (7) presenta una pluralidad de orificios de ventilación (22) pasantes, preferentemente circulares, para permitir la entrada de aire ambiental desde el exterior de la pila y la evacuación de agua. En una realización, los orificios de ventilación (22) tienen un diámetro de 3 mm y se encuentran en disposición cuadrada o hexagonal con una separación de 2 mm entre orificios colindantes. El área de la placa de cátodo (7) es igual al de la placa anódica distribuidora de gas (10).
En una realización preferida la placa de cátodo (7) presenta en su cara interna un recubrimiento de un material hidrófobo, tal como una capa de PTFE, solo o en combinación con otros componentes como negro de carbón, para facilitar adicionalmente la evacuación de agua.
El colector de corriente catódico (6) es una rejilla metálica conductora, preferentemente tejida y soldada. Preferentemente, la rejilla tiene entre 5x5 y 20x20 hilos por cm y un diámetro de hilo comprendido en el intervalo de 0,001 a 0,05 cm. En una realización la rejilla está recubierta con una capa de un material que mejore su hidrofobicidad, su resistencia química y el contacto eléctrico con la capa difusora de gas catódica, tal como un metal, por ejemplo oro, o una película de negro de carbón y teflón. El recubrimiento de la rejilla por ejemplo con una suspensión de negro de carbón y teflón, mediante electropulverización, es especialmente preferido, ya que la provee de cualidades conductoras e hidrófobas idóneas.
En la realización ejemplificada el área del colector de corriente catódico (6) es igual al de la placa de cátodo (7), salvo por una porción del colector de corriente catódico (6) que sobresale con respecto al área de la placa de cátodo para facilitar el contacto externo de la pila.
En una realización no representada, el electrodo catódico (2) incluye una segunda rejilla en contacto con la primera, con objeto de incrementar el espacio entre la placa de cátodo (7) y el colector de corriente (6) y con ello facilitar el paso de aire y de agua en el plano paralelo al electrodo por toda la superficie externa del electrodo catódico (2).
La capa difusora de gas catódica (5) es en la realización ejemplificada un tejido de fibras de carbono hidrofobizado y recubierto de una capa microporosa de negro de carbón. En esta realización el área de la capa difusora de gas catódica (5) es igual al de la placa de cátodo (7).
En una realización no representada, la pila comprende entre la rejilla del colector de corriente catódico y la capa difusora de gas catódica (5) una junta, por ejemplo de polipropileno, poliéster o similar para proteger el electrolito de membrana contra perforaciones durante el apriete. La junta consiste en una lámina con una ventana central del tamaño del área activa de la pila, ventana en la que se encuentra situada la capa difusora de gas catódica. En ese caso, la suma de las áreas de la capa difusora de gas catódica y de la junta sería igual al de la placa de cátodo.
La capa de catalizador catódica (4) es en la realización ejemplificada una película de nanopartículas de platino soportadas sobre partículas de negro de carbón (Pt/C) junto con un ionómero, como Nafion®. En el procedimiento de fabricación de la pila, esta película puede depositarse por electropulverización sobre el electrolito de membrana (1) o sobre la capa difusora de gas catódica (5). Preferentemente, el contenido de platino en el electrodo es de entre 0,05 y 0,5 mg/cm2. Preferentemente, el ionómero está en una proporción de entre el 10 y el 30% en peso de la capa de catalizador catódica (4). El área geométrica de la capa de catalizador catódica (4) es igual al área activa de la pila.
El electrodo catódico según la invención permite reaccionar con aire ambiente sin asistencia de elementos adicionales para forzar el flujo de aire, como un ventilador, con un máximo aprovechamiento de potencia.
En la realización ejemplificada se emplea como electrolito de membrana (1) una película de polímero conductor protónico impermeable al paso de gases, tal como Nafion®. Preferentemente, el electrolito de membrana tiene un espesor de entre 20 y 120 µm. En el procedimiento de fabricación de la pila de combustible las capas de catalizador anódico (8) y catódico (4) pueden depositarse cada una sobre una cara del electrolito de membrana (1) mediante electropulverización. El área del electrolito membrana es igual al de la placa de cátodo (7).
En la figura 2 se muestra una segunda realización de la pila de combustible según la invención. Esta segunda realización se diferencia de la primera realización en que en este caso la placa distribuidora de gas (20) y el colector de corriente (21) anódico se proporcionan como dos elementos dispuestos en contacto. En concreto, el colector de corriente anódico es en esta realización una rejilla (21) conductora, mientras que la placa distribuidora (20) presenta una estructura con las mismas características que en el caso de la primera realización, salvo por el hecho de que ahora no es necesario que sea eléctricamente conductora, ya que es la rejilla (21) la que actúa como colector de corriente anódico.
En una realización, la rejilla (21) del colector de corriente anódico es metálica y presenta entre 5x5 y 20x20 hilos por cm2. En una realización la rejilla (21) del colector de corriente anódico es una microrejilla de metal expandido con un grosor de entre 25 y 125 µm.
Salvo porque en la segunda realización no se requiere que la placa distribuidora (20) sea conductora, el resto de características de la placa distribuidora son análogas a las descritas para la primera realización. Los otros elementos de la pila según la segunda realización son también análogos a los descritos para la primera realización.
En el procedimiento de montaje de la pila según la invención, los distintos componentes se disponen por capas en el siguiente orden: electrodo catódico (2), membrana (1), electrodo anódico (3). Su montaje se lleva a cabo aplicando una presión suficiente para mantener unidos los elementos de forma estable y para permitir una resistencia interna eléctrica mínima, sin llegar a dañar la integridad de cada una de las capas ni su permeabilidad a los gases y agua. La fijación de las distintas capas entre sí puede llevarse a cabo por medio de una serie de tornillos pasantes, por ejemplo de tamaño M4 con cabeza hexagonal, dispuestos en la periferia del área activa de la monocelda, con una separación respecto del área activa suficiente para asegurar la estanqueidad del ánodo (ver figuras 3 y 5). En este caso de sujeción mediante tornillos, cada capa de la pila presenta un agujero pasante (19) para el paso de cada uno de los tornillos. En la placa del colector anódico (10) los agujeros (19) pueden tener rosca para fijación de los tornillos con torque de apriete. El cierre se llevará a cabo aplicando el torque necesario para una óptima distribución de gases y baja resistencia interna de contactos en la pila, preferentemente de entre 2 y 5 N·m para áreas activas de 1x1 a 4x4 cm2.
En el caso de fijación mediante tornillos metálicos, se proporcionan medios de asilamiento eléctrico para impedir el cortocircuito eléctrico entre capas a través de los tornillos, por ejemplo mediante el recubrimiento de los tornillos con una película aislante de Teflón u otro polímero, mediante la provisión de anillas protectoras aislantes, u otro método adecuado.
En relación con las capas de catalizador catódica y anódica y, en caso de estar presentes, con los recubrimientos hidrofóbicos de la capa distribuidora de gas, de la placa de cátodo, del colector de corriente anódico y de la rejilla del colector de corriente catódico, se depositan preferentemente mediante electropulverización.
La electropulverización, también denominada “electrospray”, es un método de depósito de películas delgadas a partir de suspensiones líquidas de los componentes, en el que el depósito se produce bajo la acción de una campo eléctrico intenso que se produce al aplicar una diferencia de potencial de varios kV entre una aguja eyectora y el sustrato de depósito. Durante la electropulverización, la suspensión pasa a un estado de aerosol en el que se evapora el disolvente, dejando las partículas sólidas secas cargadas, que se depositan bajo fuerte interacción electrostática. Como consecuencia de ello, las películas tienen una morfología particular, con alta rugosidad y superficie específica, que les confieren propiedades específicas, entre ellas una muy alta hidrofobicidad.
La figura 7 permite comparar la morfología de una película de negro de carbón y teflón depositada por electropulverización (figura 7(a)) con la de una película de negro de carbón y teflón depositada por aerografía (figura 7(b)). Se observa en estas figuras que la película electropulverizada muestra una estructura macroporosa que la hace extremadamente hidrofóbica. Las características peculiares de las películas depositadas por electropulverización con negro de carbón y teflón permiten proporcionar una hidrofobicidad muy elevada a los elementos de la pila sobre los que se depositan, tal como los colectores de corriente, la placa de distribución de gas y la placa de cátodo. Dichas películas o recubrimientos depositados por electropulverización favorecen así el transporte y eliminación de agua producida dentro de la pila en mayor medida que si se hubieran depositado mediante un procedimiento diferente.
En una realización, la pila de combustible está alojada en una carcasa de material aislante dotada de al menos una abertura para la ventilación adecuada de los electrodos. Ventajosamente, dicha carcasa protege la pila de combustible y la aísla eléctricamente del exterior. Dicha carcasa puede estar fabricada de plástico, tal como PVC (policloruro de vinilo), metacrilato, PC (policarbonato) o silicona.
La pila de combustible monocelda de la invención tiene un solo elemento generador de electricidad, compuesto por un electrodo anódico, un electrolito y un electrodo catódico. El área activa de la pila es preferentemente de forma cuadrada o rectangular, preferentemente con un tamaño de entre 1 y 30 cm2, y puede generar una potencia eléctrica por encima de 4 W útiles en 30 cm2 (130 mW/cm2) con alta eficiencia de conversión. Así, con 1 g de H2 almacenado, por ejemplo, en una botella de hidruros metálicos de 100 g de peso y 30 cm3 de volumen, puede suministrar hasta 20 W•h, lo que supone una eficiencia de conversión de hasta el 60%. Ello daría lugar a una autonomía de 10 h para una aplicación portátil de 2 W de consumo continuo.
Para su correcto funcionamiento, la pila de combustible tan sólo deberá estar alimentada por un sistema de suministro de hidrógeno al ánodo, dosificado mediante un regulador de presión (23) puesto a la salida del depósito de hidrógeno, como se representa esquemáticamente en la figura 8.
El sistema también deberá llevar a cabo la conversión del voltaje de salida de la pila (típicamente 0,5-0,8V) a valores útiles para alimentar componentes electrónicos estándar. Para ello deberá disponer de los componentes electrónicos adecuados, tales como un microcontrolador y conversores miniaturizados convencionales, consiguiendo una eficiencia de conversión superior al 75%. Adicionalmente el sistema puede tener un almacenamiento auxiliar de electricidad para uso en momentos puntuales, como durante el encendido si se requiere accionar una válvula o similar, mediante la provisión de una batería recargable o un supercondensador. Un esquema típico con los mínimos componentes para sistema portátil de pila de combustible se muestra en la figura 8.
La figura 9 muestra curvas típicas de potencia para una pila monocelda de funcionamiento pasivo con hidrógeno y aire ambiente ("air breathing") según la invención, obtenidas en condiciones ambientales (23ºC, 30% RH). El área activa de la pila es de 14 cm2, con cargas de platino en ánodo y cátodo de 0,25 mg•cm-2. La curva corresponde a un funcionamiento completamente pasivo, con alimentación de hidrógeno puro en ánodo (0,5 bar) y de aire ambiente en cátodo.
La pila según la invención es capaz de funcionar con densidades de energía de hasta 440 W•h/l, incluyendo en el cómputo el almacenamiento de hidrógeno, que son útiles para numerosas aplicaciones portátiles.

Claims (22)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Pila de combustible caracterizada porque comprende: un electrolito de membrana polimérica (1) conductora de protones e impermeable al paso de gases; un electrodo catódico (2), que presenta una estructura en capas y comprende
    una capa de catalizador catódica (4), un colector de corriente catódico (6), una capa difusora de gas catódica (5), estando la capa difusora de gas catódica (5) intercalada entre la capa de catalizador catódica (4) y el colector de corriente catódico (6), y una placa de cátodo (7) dispuesta en contacto con el colector de corriente catódico (6); y
    un electrodo anódico (3), que presenta una estructura en capas y comprende una capa de catalizador anódica (8), un colector de corriente anódico, una capa difusora de gas anódica (9), estando la capa difusora de gas anódica intercalada entre la capa de catalizador anódica y el colector de corriente anódico, y una placa distribuidora de gas dispuesta o bien en contacto o bien integrada con el colector de corriente
    anódico; estando el electrolito de membrana (1) intercalado entre la capa de catalizador catódica (4) y la capa de catalizador anódica (8), comprendiendo el colector de corriente catódico (6) una rejilla metálica conductora, comprendiendo la placa de cátodo (7) una pluralidad de orificios pasantes de ventilación (22), y comprendiendo la placa distribuidora de gas en su cara orientada hacia el electrolito (1) al menos un canal de circulación (12) para la circulación y distribución de hidrógeno y agua, y una pluralidad de orificios pasantes de evacuación (15) realizados sobre el al menos un canal de circulación (12), y en su cara opuesta una película (11) de material hidrófilo impermeable a gases que ocluye los orificios pasantes de evacuación (15).
  2. 2.
    Pila de combustible según la reivindicación 1, caracterizada porque la rejilla metálica del colector de corriente catódico presenta un entramado de hilos sencillo en el intervalo entre 5 y 20 hilos por cm tanto en trama como en urdimbre.
  3. 3.
    Pila de combustible según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la rejilla metálica del colector de corriente catódico presenta un diámetro de hilo comprendido en el intervalo de 0,001 a 0,05 cm.
  4. 4.
    Pila de combustible según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el colector de corriente catódico (6) presenta una segunda rejilla, dispuesta entre la primera rejilla del colector de corriente catódico y la placa de cátodo (7), en contacto con la primera rejilla, para incrementar el distanciamiento entre la primera rejilla del colector de corriente catódico y la placa de cátodo (7).
  5. 5.
    Pila de combustible según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los orificios de ventilación (22) de la placa de cátodo (7) están dispuestos según una distribución cuadrada o hexagonal.
  6. 6.
    Pila de combustible según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los orificios de ventilación (22) de la placa de cátodo (7) proporcionan una apertura de 15 a 50% del tamaño del área activa de la pila.
  7. 7.
    Pila de combustible según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los orificios de ventilación (22) de la placa de cátodo (7) tienen un diámetro comprendido en el intervalo de 1 a 5 mm.
  8. 8.
    Pila de combustible según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el colector de corriente anódico está integrado con la placa distribuidora de gas (10), siendo la placa anódica distribuidora de gas
    (10) eléctricamente conductora y funcionando ella misma como colector de corriente anódico.
  9. 9.
    Pila de combustible según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la placa distribuidora de gas (10) presenta al menos en su cara interna un recubrimiento eléctricamente conductor que actúa como colector de corriente anódico.
  10. 10.
    Pila de combustible según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el colector de corriente anódico comprende una rejilla metálica (21).
  11. 11.
    Pila de combustible según la reivindicación 10, caracterizada porque la rejilla metálica (21) del colector de corriente anódico presenta un entramado de hilos sencillo en el intervalo entre 5 y 20 hilos por cm tanto en trama como en urdimbre.
  12. 12.
    Pila de combustible según la reivindicación 10 u 11, caracterizada porque la rejilla metálica (21) del colector de corriente anódico es una microrejilla de metal expandido con un grosor de entre 25 y 125 µm.
  13. 13.
    Pila de combustible según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el colector de corriente anódico y/o la rejilla metálica del colector de corriente catódico presenta un recubrimiento conductor e hidrófobo.
  14. 14.
    Pila de combustible según la reivindicación 13, caracterizada porque el recubrimiento conductor e hidrófobo del colector de corriente anódico y/o de la rejilla metálica del colector de corriente catódico están depositados por electropulverización.
  15. 15.
    Pila de combustible según la reivindicación 13 ó 14, caracterizada porque el recubrimiento conductor e hidrófobo del colector de corriente anódico y/o de la rejilla metálica del colector de corriente catódico es una película de oro y/o de negro de carbón o una mezcla de negro de carbón y teflón.
  16. 16.
    Pila de combustible según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la película (11) de material hidrófilo impermeable a gases de la placa distribuidora de gas es de un polímero del ácido perfluorosulfónico.
  17. 17.
    Pila de combustible según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque comprende una placa anódica de fijación (16) adyacente a la cara externa de la placa distribuidora de gas, para el sellado de la película (11) de material hidrófilo impermeable a gases sobre la superficie de la placa distribuidora de gas.
  18. 18.
    Pila de combustible según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la placa de cátodo
    (7) y/o la cara interna de la placa distribuidora de gas presentan un recubrimiento hidrófobo.
  19. 19.
    Pila de combustible según la reivindicación 18, caracterizada porque el recubrimiento hidrófobo de la placa de cátodo y/o de la cara interna de la placa distribuidora de gas está depositado por electropulverización.
  20. 20.
    Pila de combustible según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la placa de cátodo
    (7) está fabricada de acero, aluminio, alúmina, mullita, materiales basados en fibra de carbono o de un polímero.
  21. 21. Pila de combustible según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la capa de catalizador anódica y/o la capa de catalizador catódica está depositada por electropulverización sobre el electrolito de membrana (1).
    FIG. 1 FIG. 2 FIG. 3
    FIG. 4 FIG. 5
    FIG. 6 FIG. 7
    FIG. 8 FIG. 9
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 201331258
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 19.08.2013
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : H01M8/02 (2006.01) H01M8/22 (2006.01)
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    A
    US 2008280188 A1 (EUN et al.) 13.11.2008, 1-21
    página 2, párrafos [22-30]; página 2, párrafo [33] – página 3, párrafo [41]; página 4,
    párrafos [50-56]; figuras 1-5.
    A
    WO 2009010853 A2 (TOYOTA YIDOSHA KABASHIKI KAISHA) 22.01.2009, 1-21
    página 13, párrafo [45] – página 16, párrafo [55]; figura 2; reivindicaciones 1-28.
    A
    US 2008292927 A1 (AN et al.) 27.11.2008, 1-21
    página 2, párrafo [35] – página 5, párrafo [65]; figuras 1-3.
    A
    EP 1349227 A2 (SAMSUNG SDI CO LTD) 01.10.2003, 1-21
    columna 6, párrafo 27 – columna 10, párrafo 47; figuras 1-10.
    A
    US 2010035110 A1 (LUNDBLAD) 11.02.2010, 1-21
    página 2, párrafo [15] – página 3, párrafo [25]; página 10, párrafos [139-140]; figuras 1A,9.
    A
    WO 2007139965 A2 (THE BOARD OF TRUSTEES OF THE LELAND STANDFORD JUNIOR 1-21
    UNIVERSITY, HONDA GIKEN KOGYO KABUSHIKI KAISHA) 06.12.2007, página 9,
    línea 7 – página 15, línea 4; figuras 1-5.
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 30.05.2014
    Examinador R. San Vicente Domingo Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 201331258
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) H01M Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de
    búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201331258
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 30.05.2014
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-21 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-21 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201331258
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    US 2008280188 A1 (EUN et al.) 13.11.2008
    D02
    WO 2009010853 A2 (TOYOTA YIDOSHA KABASHIKI KAISHA) 22.01.2009
    D03
    US 2008292927 A1 (AN et al.) 27.11.2008
    D04
    EP 1349227 A2 (SAMSUNG SDI CO LTD) 01.10.2003
    D05
    US 2010035110 A1 (LUNDBLAD) 11.02.2010
    D06
    WO 2007139965 A2 (THE BOARD OF TRUSTEES OF THE LELAND STANDFORD JUNIOR UNIVERSITY, HONDA GIKEN KOGYO KABUSHIKI KAISHA) 06.12.2007
  22. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    El documento D01 constituye el estado de la técnica más próximo a nuestra solicitud. En dicho documento, nos encontramos con una pila de combustible que comprende: -un electrolito de membrana polimérica conductora de protones -un electrodo catódico que presenta una estructura en capas y comprende a su vez una capa de catalizador catódica, una capa difusora de gases catódica, un colector de corriente catódico, un filtro encargado de asegurar el flujo de aire en el cátodo y limitar la descarga de humedad desde la membrana para impedir el secado del cátodo o de la membrana cuando la pila está en funcionamiento, y dispuesto entre el colector de corriente y una placa de cátodo, ésta última con una pluralidad de orificios pasantes de ventilación -un electrodo anódico que también presenta una estructura en capas y que comprende una capa de catalizador anódica, una capa difusora de gas anódica, un separador de ánodo a modo de placa distribuidora de gas que comprende un canal de circulación para la distribución del combustible, en este caso hidrógeno, y con una serie de aperturas en su extremo final a través de las cuales se introduce el combustible
    Por lo tanto existen diferencias entre el documento D01 y la 1ª reivindicación de la solicitud objeto de estudio. En concreto, el documento D01 carece de los orificios pasantes de evacuación de agua al exterior, realizados sobre al menos un canal de circulación de la placa distribuidora del ánodo, y tampoco cuenta en su cara opuesta con la película de material hidrófilo impermeable a gases que ocluye dichos orificios pasantes de evacuación. Teniendo en cuenta esto, dado que el problema de acumulación de agua en el ánodo no quedaría resuelto de la misma manera, parece que no sería evidente para un experto en la materia que partiendo de dicho documento D01 se llegara a la invención propuesta en la 1ª reivindicación de la solicitud, y por lo tanto dicha invención poseería novedad y actividad inventiva.
    Con respecto al resto de reivindicaciones 2ª a 21ª, puesto que todas dependen directamente o indirectamente de la 1ª reivindicación, podríamos decir que también presentarían novedad y actividad inventiva.
    Por otro lado, los documentos D02 a D06, todos ellos describiendo pilas de combustible operando con hidrógeno pero con distintas soluciones para la evacuación del agua producida por la reacción de reducción de oxígeno, reflejarían el estado de la técnica anterior.
    A modo de resumen, podríamos concluir que ninguno de los documentos D01 a D06 afectarían a la novedad ni a la actividad inventiva, tal cual es descrita en las reivindicaciones 1ª a 21ª del documento presentado por el solicitante, y por lo tanto la patentabilidad de la invención no se vería cuestionada conforme a los artículos 6 y 8 de la ley 11/86 de patentes.
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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